断層変位に対する社会基盤施設の被害と対策

アジア防災センター
濱田 政則
2020年10月23日

土木学会地震工学委員会「断層変位を受ける地中管路の設計手法に関する研究」小委員会
1

講演の内容１．社会基盤施設の断層変位による被害事例
２．社会基盤施設の断層変位への対策への課題と事例

2

１．社会基盤施設の断層変位による被害事例
我国の既往地震により出現した地震断層の例
1)1981年

濃尾地震

根尾谷断層

V 4.0 ｍ，H 6.0 ｍ

2)1896年

陸羽地震

千屋断層

V 3.5 ｍ，

3)1923年

関東地震

延命寺断層

V 1.9 ｍ，H 1.2 ｍ

4)1925年

但馬地震

田結断層

V 1.0 ｍ，

5)1927年

北丹後地震

後村断層

V 0.5 ｍ，H 3.0 ｍ

6)1930年

北伊豆地震

丹那断層

V 1.8 ｍ，H 3.5 ｍ

7)1938年

屈斜路地震

屈斜路断層

V 0.9 ｍ，H 2.6 ｍ

8)1943年

鳥取地震

鹿野断層

V 0.5 ｍ，H 1.5 ｍ

9)1945年

三河地震

深溝断層

V 2.0 ｍ，H 1.3 ｍ

10)1948年

福井地震

福井地震断層V 0.7 ｍ，H 2.0 ｍ

11)1978年 伊豆大島近海地震 稲取-大峰山断層 V 0.36 ｍ，H 1.15 ｍ

12)1995年

兵庫県南部地震 野島断層

V 1.2 ｍ，H 2.5 ｍ

13)2016年

熊本地震 布田川断層、日奈久断層 V 0.6ｍ ，H 2.0 ｍ

31930年北伊豆地震による東海道線（在来線）トンネルの被害
M=7.3

1930/11/26

湯河原
丹那断層
三島
丹那トンネル
函南

在来東海道線
（施工中）

熱海
駿河湾

震央
トンネル被害地点

丹那断層
丹那トンネル

東海道線の杭口

丹那盆地

4先進導坑 ２．５m水平ずれ、鏡面の喪失

1978年伊豆大島近海地震による伊豆急行稲取トンネルの被害
網代修善寺

マグニチュード 7.0（稲取－大峰山断層、水平ずれ50～70cm）

伊東
冷川峠

伊豆半島
猫越峠
副断層(5km)
稲取
大島

河津主断層(15km)

石横ずれ：50～70cm
10km（島﨑・サマビル,1978）

レールの蛇行（約５０ｃｍ）（伯野,１９７８）
5

トンネル覆工の破壊と土砂の流入（伯野,１９７８）

１９９９ トルコ・コジャエリ地震 高速道路跨道橋の落橋

6

イスタンブール

A170°

P1

地表地震断層による橋桁の落下
トルコ周辺のプレートと主要断層(出典：R. Reilingerらによる図を加筆)-1.88m

0.68m

1.88m

-0.68m1.37m

コジャエリ地震を引き起こした断層（ボカジチ大学地震工学研究所の図を修正加筆）(a)断層変位

桁座幅
A1 : 0.6m
P1 : 0.45m
1.05m(b)橋軸方向変位

3.76m(c)橋軸直交方向

断層による橋梁の変位（川島、２００１）

6

Shih-Kang Damの被害7（1999年、台湾集集地震）（コンクリート重力式、堤高：２５ｍ, 堤長：３５７ｍ）
Gate 17
Gate 18

下流側より撮影

11.05m 上昇
上下方向変位差≒10m

Pier15G14G151.01m 上昇
Pier19G16G17101m G18

after earthquake

before earthquake

11.05m1.01m

7

上流側より撮影

2016年熊本地震、大切畑ダム
ダム堤体を断層が横断((国研)産業技術総合研究所・吉見雅行)

上流面及び堤頂部の被害状況((株)エイト日本技術開発)
洪水吐きの被害状況((株)エイト日本技術開発)

8

9
地表地震断層による埋設管路の被害事例（1999年トルコ・コジャエリ地震）

水道管の座屈下水道管の破断
ガス管の座屈

8# ガス管

1999年台湾・集集地震

9

断層変位による電力施設の被害

断層変位が生じた発電所

空気遮断機の破壊

送電鉄塔の被害（1999 台湾集々地震）（1999 台湾集々地震）（1995 兵庫県南部地震）
10断層変位による家屋・建物の被害

11

１９９５年兵庫県南部地震の明石海峡大橋への影響
舞子
岩屋

野島断層 ： 石横ずれ ：（最大2.5m）
南東側上り ：（最大1.2m）
長さ： 10.5km

Original Span
Expanded Span

神戸方

淡路
方
12

２．社会基盤施設の断層変位への課題と対策事例
研究課題
１）断層変位出現位置と地表変状量の予測技術
・ 理学分野における既存の研究成果と工学的手法（岩盤力学、破壊力学）の活用の可能性
２）断層変位に対する構造物の耐震性向上と社会基盤の防災性向上の方策
・ 断層変位に対抗し得る構造形式
・ 人命・生存に対する影響の少ない破壊様式
・ 復旧・復興が容易な構造様式

・ ライフラインシステムの代替性等の確保
13断層変位出現位置と地表面変状量の予測
地形調査(1)■空中写真判読等により変動地形※の可能性のある地形（リニアメント）を抽出する。
※

変動地形とは、地殻変動に起因する特徴的な地形。地形の切断・屈曲、撓み、傾斜などとして確認される。活断層を発見するための重要な情報となる。

空中写真判読の例（岐阜県 阿寺断層）

リニアメント
空中写真の実体視（イメージ）
出典：文部科学省「日本の地震防災活断層」パンフレット
出典：国土地理院「空中写真による活断層の判読法」

14断層変位出現位置と地表面変状量の予測
地形調査(2)
右横ずれ断層による変動地形（リニアメント）の例

右ずれ
断層

・谷や尾根が断層を挟んで右側にずらされている・尾根が断層で切断され三角形の崖ができているなどの特徴から、右横ずれ断層が存在すると推定される。
出典：文部科学省「日本の地震防災 活断層」パンフレット

15

断層変位出現位置と地表面変状量の予測
地表地盤調査（トレンチ調査）
トレンチ調査の例
鎌倉～室町時代
耕作土から江戸時代の茶碗が出土した

鎌倉時代

奈良～平安時代
鎌倉～室町時代
古墳時代

鎌倉時代

上空からの全景
奈良～平安時代
弥生時代後期
古墳時代

弥生時代後期断層
出典：文部科学省「地震の発生メカニズムを探る」パンフレット

16

海底の断層の調査方法と例

海底反対面反射面

断層

海底の断層の調査（音波探査）

音波探査結果の例

17

２００７年柏崎刈羽原子力発電所の耐震設計のための活断層評価
東京電力① 角田山東簏中田ら② 吉野屋断層A

約 4 km (死断層)(活断層)③ 坂谷断層B

約 7 km (死断層)

約 36 km (活断層)C

約 1.5 km (活断層)

(活断層)

D

約 9 km (死断層)－⑥④ 常楽寺断層⑤ 山田川断層⑤⑥ 国中南断層

A

東京電力

①

中田ら

2007年新潟中越地震で動いたとみられる断層
②CB

④③

長岡

D

柏崎刈羽原子力発電所
020km

柏崎市
18

朝日新聞、2007、活断層を見逃した可能性、2007.7.20(金)、p36.

２００７年能登半島地震を引き起こした断層 （マグニチュード=6.8）

2007年能登半島地震を起こした断層

輪島市⑥① 酒見断層⑧⑦② 富来川南岸断層③ 福浦断層①②④ 高浜断層③⑤ 眉丈山断層

志賀原子力発電所④⑥ 小又西方⑤⑨⑦ 鹿島西断層⑧ 旭ヶ丘断層⑩⑨ 石動山断層⑩ 海老坂断層

020km

陸上の活断層調査
・地表踏査
・航空写真判読・トレンチ調査
19

独立行政法人産業技術総合研究所、http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2007/pr20070730/pr20070730.html

２００４年 新潟県中越地震の震央と活断層
マグニチュード
最大震度
死者・行方不明者

6.8（逆断層）6強
68人

震央h=13km M6.8
十日町断層
菅原峠断層

野々海峠断層群

2004年10月23日17時56分に新潟県中越地方においてM6.8の地震が発生した。 その後も震度6強の余震が続き、未発見の活断層が伏在している可能性がある（防災科研）と指摘された。

20

２００８年岩手・宮城内陸地震の概要
マグニチュード
最大震度
死者・行方不明者

7.2（逆断層）6強
23人
既知の活断層（青）の間で発生

大森山
断層
出店断層

震央h=7km，Ｍ7.2
図を更新中
鮭川断層

21

断層変位の表層地盤中の伝播に関する実験的研究

破壊面の伝播の状況

２．社会基盤施設の断層変位への課題と対策事例
研究課題
１）断層変位出現位置と地表変状量の予測技術
・ 理学分野における既存の研究成果と工学的手法（岩盤力学、破壊力学）の活用の可能性
２）断層変位に対する構造物の耐震性向上と社会基盤の防災性向上の方策
・ 断層変位に対抗し得る構造形式
・ 人命・生存に対する影響の少ない破壊様式
・ 復旧・復興が容易な構造様式

・ ライフラインシステムの代替性等の確保
24新幹線富士川橋梁の対策

東海道新幹線富士川橋梁

桁座の拡幅

沓

上弦材

復旧部材の保管

復旧部材（上弦材，沓）25

山陽新幹線新神戸駅（森重，１９７０）

26

トルコ ・イズミット湾大橋の断層変位対策
コジャリエ地震を引き起こした断層
既知断層

黒海

確度の高い断層

イスタンブール
架橋地点 震央

アリフィエ
アダパザリ

デュズチェ

マーマラ海
ヤロバ

イズミットkm050

断層変位対策の考え方（2011年時点）
・ 砂礫層の設置による断層変位の吸収・ 北側アバットメントを断層を避けて移動

イズミット湾大橋の完成予想図（全長：2,682m，センタースパン：1,550m）

27

断層変位対策事例(1)28

ニュージーランド南島クライドダム（高さ:102m，重力式コンクリートダム）

クライドダム スリップジョイント

クライドダム

楔プラグ
上流側

楔プラグ

上流側

水平方向：2m変位吸収
鉛直方向：1m変位吸収

スリップジョイント

カットオフ
カットオフ

クライドダム スリップジョイント(Hatton, 1987, 大町達夫, 2001)28

断層変位対策事例(2)29

米国EBMUD（East Bay Municipal Utility District）
バーディ貯水池クレアモントトンネル
リッチモンドバークリー

オークランド

水道幹線
浄水場
貯水池

アラメダ

サンフランシスコ湾

水道供給網と南新幹線建設によるループ化

緊急遮断用バルプ

緊急遮断用バルプ
可撓管

緊急送水用ホース緊急遮断用バルプの設置と送水用ホースの備蓄
29

原子力発電所の断層変位に対する安全性検討への所感
ⅰ）土木学会原子力土木委員会断層変位小委員会において、断層変位が原子炉建屋等の構造物・施設にどのように被害を発生させるのかを定量的に検討していることは評価される。断層の「ある」「なし」の入口だけの議論でなく、断層が存在する場合について工学的見地より総合的に安全性を検討することはより科学的と考える。

ⅱ）計算手法の信頼性（特に塑性域から破壊に至る過程）および解析の前提条件の精度を高める必要がある。必要であれば縮尺模型（原子炉建屋底板版など）による破壊実験を行う。
ⅲ）今後、原子力発電所に要求される機能「止める」「冷やす」「閉じこめる」にどのような定量的影響を与えるかを検討する必要がある。

30

原子力発電所の断層変位に対する安全性検討への所感ⅳ）そのためには、土木学会のみならず日本建築学会、日本機械学会、日本原子力学会等と共同WGを設置することも視野に入れる。学術会議の土木工学・建築学委員会の参画も要請する。
Ⅴ）検討結果を土木学会内部のものとせず、マスコミを含めて広く社会に発信する。
上記の学会の共同発信（学会長による共同記者会見）とすることも考えられる。そのためには断層変位が原子力発電所構造物、施設および機能等に与える影響について、マスコミおよび一般の人にも分かり易い説明と資料を整える必要がある。
特に原子力規制委員会委員と関係者に説明する機会を得て、理解を求める。
ⅵ）上記の断層変位に対する安全性の検討結果と併せて、福島第一原子力発電所の事故処理（汚染水の処理については土木学会内に特別委員会を設置）および放射性廃棄物処理に関する学会の所見を社会に発信する必要がある。
31